研究目的
设计和制备纳米粘土诱导的电纺PVDF纳米纤维，以增强能量收集应用中的压电响应，重点研究结构和形貌变化，并证明其能从人体运动中产生高输出电压和功率密度。
研究成果
纳米粘土诱导的电纺PVDF纳米纤维展现出增强的压电性能，其电活性相含量高达90%，机械强度显著提升（韧性提高300%且刚度增强），并具有优异的能量收集性能（输出电压70V，功率密度68mW/cm2）。该装置能有效将人体运动产生的废弃机械能转化为电能，适用于传感器和生物医学领域。未来研究应聚焦于优化填料分散性及探索其他纳米复合材料以实现更广泛应用。
研究不足
该研究在工业化应用的规模化方面可能存在局限，高浓度（如20 wt.%）下纳米粘土可能出现团聚现象，与纯PVDF相比热稳定性有所降低，且在实际环境中长期耐久性和效率方面还需进一步优化。
1：实验设计与方法选择：
本研究通过电纺丝技术制备不同浓度（0、5、10、15、20 wt.%）有机改性纳米粘土（Cloisite 30B）与PVDF的复合纳米纤维。优化电纺参数为：12.5 kV电压、0.5 ml/h流速、10 wt.%溶液浓度、15 cm喷头-滚筒间距及2:8 DMF/丙酮溶剂比例。
2：20 wt.%）有机改性纳米粘土（Cloisite 30B）与PVDF的复合纳米纤维。优化电纺参数为：
2. 样本选择与数据来源：样本包括纯PVDF纳米纤维（P）和含纳米粘土的纳米复合材料（C5、C10、C15、C20）。通过偏光显微镜（POM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、原子力显微镜（AFM）、拉伸测试及机电响应测量获取数据。
3：5 kV电压、5 ml/h流速、10 wt.%溶液浓度、15 cm喷头-滚筒间距及
3. 实验设备与材料清单：使用PVDF（SOLEF 6008）、纳米粘土（Cloisite 30B）、DMF和丙酮作为原料；设备包含电纺装置、POM（Leitz Biomed）、SEM（SUPRA 40, Zeiss）、XRD（Rigaku Miniflex 600）、FTIR（Nicolet iS5）、TGA（Mettler Toledo）、DSC（Mettler 832）、AFM（NTEGRA Prima, NT-MDT）、拉力试验机（Instron）及示波器（Tektronix TBS 1072B）。
4：样本选择与数据来源：
4. 实验流程与操作步骤：将PVDF溶解并分散纳米粘土于DMF中，经混合、搅拌及超声处理制得溶液。按设定参数进行电纺。表征纤维形貌、结构、热性能及机械强度。通过PDMS包封纤维并集成电极制成单压电片器件，在不同机械应力下测量压电响应。
5：CCC20）。通过偏光显微镜（POM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、原子力显微镜（AFM）、拉伸测试及机电响应测量获取数据。 实验设备与材料清单：
5. 数据分析方法：采用软件工具进行XRD峰解卷积、相含量计算、功率密度（P=V2/(RL*A)）分析及力学性能统计分析。
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Scanning Electron Microscope
SUPRA 40
Zeiss
Used to confirm the surface morphology of the pristine PVDF and nanohybrid scaffolds.
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X-ray Diffractometer
Rigaku Miniflex 600
Rigaku
Used to analyze the extent of dispersion of nanofiller and the nature of crystalline structure in the nanofibers.
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Digital Storage Oscilloscope
Tektronix TBS 1072B
Tektronix
Used to measure the voltage generated from the fabricated devices under mechanical stress.
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PVDF
SOLEF 6008
Ausimont
Used as the base polymer material for electrospinning to create nanofibers with piezoelectric properties for energy harvesting.
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Nanoclay
Cloisite 30B
Southern Clay
Used as a nanofiller to enhance the electroactive phase and piezoelectric response in PVDF nanofibers.
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DMF
Merck
Used as a solvent for dissolving PVDF and dispersing nanoclay during solution preparation for electrospinning.
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Acetone
Merck
Used as a solvent in mixture with DMF for electrospinning solution preparation.
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Polarized Optical Microscope
Leitz Biomed
Leitz
Used to investigate the fibrous morphology of the electrospun nanofiber scaffolds.
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FTIR Spectrometer
Nicolet iS5
Nicolet
Used to obtain different crystalline forms of electrospun fibers and interactions between components.
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Thermogravimetric Analyzer
Mettler Toledo
Used to examine the degradation temperature of pure PVDF and nanohybrid scaffolds.
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Differential Scanning Calorimeter
Mettler 832
Mettler
Used to analyze the melting temperature and heat of fusion of electrospun fibers.
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Atomic Force Microscope
NTEGRA Prima
NT-MDT
Used to observe the scaffold morphology more precisely in semi-contact mode.
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Universal Testing Machine
Instron
Used to record the tensile behavior of the samples under constant strain.
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